基于RTOS的應用中，通常使用隊列機制實現(xiàn)任務間的數(shù)據(jù)交互，一個應用程序可以有任意數(shù)量的消息隊列，每個消息隊列都有自己的用途。

什么是消息隊列?

消息隊列是一個內核對象(即數(shù)據(jù)結構)，通過它可以將消息從中斷或任務發(fā)送給另一個任務。一個應用可以創(chuàng)建多個消息隊列。

例如，一個隊列可用于將從通信接口ISR中接收到的數(shù)據(jù)包傳遞給任務，由任務實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的后續(xù)處理。另一個隊列負責將顯示內容傳遞給顯示任務。



消息通常是指向實際消息存儲區(qū)域的指針。指針還可以指向接收任務要執(zhí)行的函數(shù)。消息的具體含義依賴于應用。每個隊列存儲的消息數(shù)是可配置的。

隊列的長度取決于應用程序以及接收任務處理消息的速度，可以配置為保存一個消息(稱為郵箱)或多個消息。

隊列為空時，等待消息的任務將阻塞，直到消息發(fā)布。阻塞狀態(tài)的任務在等待消息時不會占用CPU時間。掛起任務還可以指定超時時間。如果在指定的時間內未收到消息，任務將重新就緒。

隊列通常以先進先出(FIFO)的方式實現(xiàn)，先收到的消息將先被處理。有些內核也支持后進先出(LIFO)的順序，后發(fā)送的消息先被任務提取。

使用消息隊列的一個重要方面，從消息發(fā)送到被處理前，存儲消息的區(qū)域內容保持不變。這意味著隊列不能傳遞指向堆棧變量的指針、可能被其它代碼更改的全局變量等等。

為了保存消息，可以定義一個從內存池獲取的特定結構。發(fā)送消息的ISR或任務將從內存池中獲取一個結構，填充該結構，并將指向該結構的指針發(fā)送到隊列。接收任務將從隊列中獲取指針，處理結構，完成后將結構返回到內存池中。

當然，發(fā)送方和接收方需要使用同一內存池，否則需在數(shù)據(jù)結構中的字段指示使用的內存池。

在許多RTOS的隊列實現(xiàn)中，如果隊列已滿，則發(fā)送到隊列的消息將被丟棄。應用程序可以通過相應的機制解決該問題。如在隊列滿時，發(fā)送任務將阻塞，直到接收方提取其中一條消息，如下圖所示：

1、根據(jù)隊列可接受的消息數(shù)初始化計數(shù)信號量。

2、在發(fā)消息之前，檢查信號量的值，如果為零，則發(fā)送任務阻塞等待。

3、如果信號量值不為零，則信號量計數(shù)減一，發(fā)送任務將消息發(fā)送到隊列。

4、接收任務掛起在消息隊列中。

5、當接收到消息時，接收任務從隊列中提取指向該消息的指針，并發(fā)信號給信號量，表明隊列中的一條消息已被釋放。



由于中斷不允許阻塞，這種機制只適用于兩個任務之間。

隊列使用場景

使用隊列將消息從ISR或任務發(fā)送到另一個任務。

如果消息長度為指針的大小，可以不必為消息并分配存儲區(qū)域并發(fā)送實際的消息。例如，如果一個指針是32位寬度，那么你可以將一個從12位ADC讀取的結果轉換為一個指針，并通過消息隊列發(fā)送。只要接收方將值轉換為整數(shù)即可。 如果任務知道一定時間內沒有消息被發(fā)送，它可以使用超時機制將自己延遲相應的時間。

在這種情況下，長度為1的隊列即可滿足應用需求。如果另一個任務或ISR發(fā)送消息，延遲將被終止，這可能是應用想要實現(xiàn)的行為。

消息隊列可以用作信號量，通知任務事件發(fā)生。在這種情況下，消息可以是任何內容。隊列的大小取決于應用程序需要緩存多少個信號。 消息隊列還可以用作二進制信號量或計數(shù)信號量，實現(xiàn)資源共享。

消息還可以用來模擬事件標志，其中32位指針變量的每個位(轉換為整數(shù))表示一個事件。

消息隊列可用于實現(xiàn)堆棧結構，使用后進先出機制。

總結

消息隊列可以以多種不同的方式使用。實際上，由于隊列可以模擬許多系統(tǒng)服務，如信號量、時間延遲和事件標志，用戶可能只使用消息隊列實現(xiàn)相當復雜的應用程序。僅使用隊列服務，可以減少代碼的空間占用。

審核編輯：劉清